DE1015530B - Verfahren und Vorrichtung zur Spannungshaltung von selbsterregten Asynchrongeneratoren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Spannungshaltung von selbsterregten Asynchrongeneratoren

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Publication number
DE1015530B
DE1015530B DEB38860A DEB0038860A DE1015530B DE 1015530 B DE1015530 B DE 1015530B DE B38860 A DEB38860 A DE B38860A DE B0038860 A DEB0038860 A DE B0038860A DE 1015530 B DE1015530 B DE 1015530B
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DE
Germany
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power
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current
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Application number
DEB38860A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Gerhard Hosemann
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BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BBC Brown Boveri France SA
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Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri France SA filed Critical BBC Brown Boveri France SA
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Publication of DE1015530B publication Critical patent/DE1015530B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Spannungshaltung von selbsterregten Asynchrongeneratoren Bekanntlich können asynchrone Drehfeldmaschinen bei übersynchronem Lauf auch ohne ein taktgebendes Netz als Generatoren betrieben werden, wenn ihnen Kondensatoren genügender Größe parallel geschaltet sind, die dem zur Erregung nötigem Blindstrom liefern. Derartige Asynchrongeneratoren haben den Vorzug großer Einfachheit und Betriebssicherheit. Als Kurzschlußläufer ausgeführt erfordern sie durch den Wegfall jeglicher Stromübertragung durch Schleifringe oder Kommutatoren sehr wenig Wartung und Bedienung. Sie sind daher beispielsweise für die Ausnützung kleinerer Wasserkräfte zur Stromerzeugung besonders geeignet.
  • Gewisse Schwierigkeiten bereitet bei solchen Generatoren die Spannungshaltung, da die Klemmenspannung mit zunehmender Belastung stark abfällt, wenn nicht besondere Vorkehrungen zur Vermeidung dieses Nachteiles getroffen werden.
  • Es ist bekannt, daß man dem Absinken der Spannung bei zunehmender Belastung dadurch entgegenwirken kann, daß man den Kondensatoren Drosselspulen mit Eisenkernen parallel schaltet, deren Magnetisierungskennlinie in der Nähe der vorgesehenen Betriebsspannung einen scharfen Knick aufweist, so daß ihre Blindstromaufnahme bei ansteigender Betriebsspannung sehr stark zunimmt und bei sinkender Betriebsspannung entsprechend abnimmt. Derartige Drosselspulen erhöhen aber, die Anlagekosten recht erheblich, da einmal die Leistung der Kondensatoren um die mittlere Blindleistungsaufnahme der Drosselspulen vergrößert werden muß und da auch die Drosselspulen selbst wegen der erforderlichen Verwendung von Spezialeisen kostspielig sind.
  • Außerdem wird durch diese Maßnahme das Problem der Spannungshaltung nur in recht unvollkommener Weise gelöst, da man hiermit die Spannungsänderungen grundsätzlich nur näherungsweise, niemals exakt, kompensieren kann. Die durch die Drosseln mit geknickter Kennlinie erzeugten Stromoberwellen sind mit Rücksicht auf den Generator, die Kondensatoren und die Verbraucher unerwünscht. , Läßt man kleine Änderungen der Drehzahl des Asynchrongenerators bzw. der Frequenz des von ihm erzeugten Stromes zu, was in vielen Fällen durchaus möglich ist, so ergibt sich dadurch die Möglichkeit, ein Absinken der Spannung bei Belastung durch eine kleine Steigerung der Drehzahl zu vermeiden. Bei einer Erhöhung der Drehzahl bzw. der Frequenz verringert sich der auf eine bestimmte Spannung bezogene Blindleistungsbedarf der Asynchronmaschine, während die Blindleistung der Kondensatoren sich proportional mit der Frequenz erhöht. Der Betriebspunkt der Maschine, bei dem die von der Maschine benötigte und die von den Kondensatoren gelieferte Blindleistung einander gleich sind, verschiebt sich daher durch eine Frequenzsteigerung im Sinne einer Spannungserhöhung.
  • Es sind bereits Anordnungen bekannt, durch die unter Ausnutzung dieser Erscheinung die Drehzahl der Antriebsmaschine des Asynchronmotors in geschlossenem Wirkungskreis so geregelt wird, daß die erzeugte Spannung konstant bleibt. Derartige Maßnahmen verlangen eine besondere Regeleinrichtung, die gegenüber den z. B. bei Wasserturbinen üblichen einfachen Fliehkraftreglern wesentlich komplizierter werden. Außerdem besteht der Nachteil, daß bei starken Überlastungen des Asynchrongenerators bzw. bei Kurzschlüssen, wobei bekanntlich der Generator sich vollständig entregt und damit die Turbine entlastet, die Drehzahl der Antriebsmaschine durch die sich dabei ergebende Einwirkung des Reglers weit über den Nennwert ansteigt und unzulässig hohe Werte annehmen kann. Diese Gefahr macht eine besondere Drehzahlbegrenzungsvorrichtung notwendig, was eine weitere Komplizierung der Anlage bedeutet.
  • Es ist weiter bekannt, unter Beibehaltung des üblichen Drehzahlreglers der Antriebsmaschine die Sollwertsvorgabe des Reglers in Abhängigkeit vom Belastungsstrom des Generators im Sinne einer Störgrößenaufsch:altung zu verändern, so daß der Regler bei zunehmendem Belastungsstrom höhere Drehzahlen einstellt.
  • Bei dieser Art der Regelung ist zwar die Gefahr eines Durahgehens des Aggregates bei Kurzschlüssen durch das Vorhandensein des Drehzahlreglers vermieden, jedoch wird dadurch die Aufgabe der Spannungskonstanthaltung nur in sehr unvollkommener Weise Q-edöst. Die Einwirkunz des Belastunzsstro:mes auf die Spannung des kondensatorerregten Asynchrongenerators ist nämlich in sehr hohem Maße abhängig von dem Leistungsfaktor, unter dem die Stromentnahine erfolgt. Während unter der Voraussetzung konstanter Drehzahl eine reine Wirkstrombelastung nur ein verhältnismäßig geringes Absinken der Generatorspannung verursacht, ist die Einwirkung einer induktiven Blindstrombelastung auf die Generatorspannung um ein Vielfaches größer. Bei der letztgenannten Art der Regelung ergibt sich daher eine starke Abhängigkeit der Generatorspannung vom Leistungsfaktor der Belastung. Hierbei ist noch folgendes zu beachten: Es ist zweckmäßig, den Blindstrombedarf aller Induktionsmotoren, die von einem selbsterregten Asynchrongenerator gespeist werden, während des Anlaufens oder im Betrieb durch parallel geschaltete Kondensatoren einzeln zu kompensieren. Wird hierbei irrtümlich überkompensiert, z. B. weil der Anlaufkondensator nach erfolgtem Hochlauf des Motors nicht abgeschaltet wird, so fließt ein erhöhter Blindstrom vom Verbraucher zum Generator und erhöht seine Spannung entsprechend der vergrößerten Kapazität. Außerdem wird der vergrößerte Verbraucherstrom als Störgröße auf den Drehzahlregler aufgeschaltet und erhöht die Drehzahl und damit nochmals die Spannung auf unzulässige Weise. Schaltet man also den Betrag des Verbraucherstromes als Störgröße auf den Drehzahlregler, ohne die Phasenlage und das Vorzeichen zu erfassen, so ist mitunter sogar eine Verschlechterung der Spannungshaltung zu erwarten.
  • Die Erfindung verwendet ein ähnliches Verfahren zur Spannungsregelung von Asynchrongeneratoren mit Selbsterregung durch parallel geschaltete Kondensatoren, wobei die Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von der Belastung des Asynchrongenerators selbsttätig geändert wird. Im Gegensatz zu den erwähnten bekannten Verfahren dieser Art und zur Vermeidung der damit verbundenen Nachteile wird jedoch die durch den Drehzahlregler der Antriebsmaschine einzustellende Drehzahl in Abhängigkeit von einer zwischen der Wirkkomponente und der induktiven Bildkomponente liegenden Komponente des Belastungsstromes oder der Belastungsleistung im Sinne einer Störgrößenaufschaltung geändert.
  • Diese Störgrößenaufschaltung erfaßt also Größe und Phasenlage des Verbraucherstromes, wobei zwischen kapazitivem und induktivem Blindstrom unterschieden, wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in folgender Weise verwirklicht werden: In den Belastungsstromkreis des Asynchrongenerators wird ein auf Wirkstrom bzw. Wirkleistung und ein auf Blindstrom bzw. Blindleistung ansprechendes Meßwerk eingeschaltet. Die Ansprechempfindlichkeit des Blindleistungsmeßwerkes wird dabei um so viel Mal größer gewählt, wie die Einwirkung des Blindstromes auf die Generatorspannung größer ist als die Einwirkung des Wirkstromes.
  • Die Meßwerte beider Meßwerke werden addiert und - gegebenenfalls über einen geeigneter Meßwertwandler - beispielsweise der Sollwertvorgabe des Drehzahlreglers hinzugefügt.
  • Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in der Abbildung schematisch dargestellt.
  • Der von einer Kraftmaschine 1 angetriebene Asynchrongenerator 2 mit einer zu seiner Erregung dienenden Kondensatorbatterie 3 speist einen durch den Widerstand 4 und die Drosselspule 5 angedeuteten Belastungsstromkreis. Zur Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine 1 dient der Drehzahlregler 6. Zu ihm gehört ferner ein Istwertgeber 7, der im Beispiel durch ein Fliehkraftpendel 8 gesteuert wird und ferner ein Sollwertgeber 9, der als Drehzahlversteller ausgebildet sein kann.
  • Zur Ermittlung der jeweiligen als Störgrößenaufschaltung zu verwendenden Leistungs-bzw. Stromkornponente dient ein Wirkstrom- bzw. Wirkleistungsmeßwerk 10 und ein Blindstrom- bzw. Blindleistungsmeßwerk 11. Die Meßwerte beider Meßwerke werden dem Sollwertgeber 9 zugeleitet und bewirken dort gegebenenfalls über einen darin enthaltenen Meßwertwandler oder Servomotor eine Verstellung des Dreh -zahlsollwertes.
  • Statt den Wirk- und Blindstrom bzw. die Wirk-und Blindleistung je mit einem besonderen Meßwerk zu erfassen, ist es auch möglich, nur ein Meßwerk vorzusehen, das unmittelbar eine zwischen der Wirk-und der Blindkomponente liegende Komponente des Belastungsstromes oder der Belastungsleistung erfaßt. Da - wie gesagt - die Blindkomponente einen wesentlich größeren Einfluß auf die Generatorspannurig ausübt, kommt hierbei eine Komponente in Frage, die in der Nähe der Blindkomponente liegt, also ein Strom der beispielsweise der Spannung um 80 oder 85° nacheilt.
  • Man kann dazu z. B. einen Blindleistungsmesser verwenden, bei dem im Strom- oder Spannungspfad Mittel bekannter Art zur Erzeugung einer kleinen zusätzlichen Phasenverschiebung vorgesehen sind, so daß sein Ausschlag nicht dem Betrag J ₧ E ₧ sin 2 (J, E und o haben hierin die übliche Bedeutung von Strom, Spannung und Phasenverschiebungswinkel), sondern dem Betrag J₧E₧sin (T+a) entspricht. a ist hierin ein kleiner, empirisch oder durch Rechnung zu bestimmender Winkel, um den die für die Spannungsbeeinflussung maßgebende Stromkomponente von einem reinen Blindstrom abweicht. Bei der Bestimmung von a kann auch die mit zunehmender Wirklast sich ergebende Vergrößerung des Schlupfes der Asynchronmaschine und das nachgiebige Verhalten der Drehzahlregelung berücksichtigt werden.
  • Vorteilhaft kann als Meßwertgeber für die Störgrößenaufschaltung ein elektrodynamisches oder nach dem Ferrarisprinzip arbeitendes Meßwerk bekannter Art dienen.
  • Ist der Drehzahlregler der Antriebsmaschine des Asynchrongenerators ein Fliehkraftregler, dessen Sollwertvorgabe in üblicher Weise ganz oder zum Teil durch eine Feder dargestellt ist, so kann beispielsweise die Einstellung dieser Feder durch den Meßwertgeber geändert werden.
  • Sofern die ummittelbare Erzeugung der zur Sollwertverstellung des Drehzahlreglers erforderlichen Kräfte Schwierigkeiten macht, kann als Meßwertgeber beispielsweise auch ein Wälzsektorregler bekannter Bauart verwendet werden, dessen Meßwerk in der beschriebenen Weise eingerichtet ist und mit Hilfe eines oder mehrerer Wälzsektoren, die sich auf Widerstandsbahnen abwälzen, einen kleineren oder größeren Widerstandswert in einen Stromkreis einschaltet. Mit Hilfe eines durch diesen Widerstand gesteuerten Elektromagneten oder ähnlichen Servomotors kann die Sallwertverstellung des Drehzahlreglers bewirkt werden.
  • Die erwähnte Leistungsmessung kann je nach der zu erwartenden symmetrischen oder unsymmetrischen Belastungsart in einer Phase des Belastungsnetzes vorgenommen werden, oder es kann die gesamte Leistung durch mehrere, gegebenenfalls auf einer gemeinsamen Welle angeordnete Meßwerke erfolgen. Beispielsweise kann ein Meßwertgeber verwendet werden, der mit zwei in der bekannten Aronschaltung betriebenen Leistungsmeßwerken ausgerüstet ist.
  • Durch die erfindungsgeimäße Drehzahlbeeinflussung gelingt es mit einfachen Mitteln, die Spannungsabweichungen vom Nennwert bei Asynchrongeneratoren auf ein Minimum zu beschränken. Dies gilt sowohl bei induktiver als auch bei kapazitiver Belastung des Generator, wie schließlich auch bei reiner Wirklast.
  • Wegen der nahezu konstanten Generatorspannung besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen einer Drehzahlbeeinflussung in Abhängigkeit von einer geeigneten Komponente der Belastungsleistung und der entsprechenden Komponente des Belastungsstromes. Will man jedoch die betreffende Komponente des Belastungsstromes genau erfassen, so kann dies beispielsweise dadurch geschehen, daß man die dem Meßwerk oder den Meßwerken zugeführten Spannungen durch Spannungskonstanthalter bekannter Art genau konstant hält.
  • Bei der Verwirklichung des Erfindungsgedankens sind mancherlei Abweichungen von den beschriebenen Beispielen möglich.
  • So kann die Veränderung der Sollwertvorgabe des Drehzahlreglers in Abhängigkeit von den Meßwerkausschlägen beispielsweise auch mit Hilfe einer Nachlaufsteuerung bekannter Art durchgeführt werden. Statt einer Veränderung der Sollwertvorgabe kann auch eine Beeinflussung des Istwertgebers 7 vorgenommen werden. Es kann auch. zweckmäßig sein, das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit den obenerwähnten parallel zu schaltenden eisengesättigten Drosselspulen anzuwenden u. dgl. m.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Spannungshaltung von Asynchrongeneratoren mit Selbsterregung durch parallel geschaltete Kondensatoren, durch selbsttätige Änderung der Drehzahl der Antriebsmaschine in Abhängigkeit von der Belastung des Asynchrongenerators, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Drehzahlregler der Antriebsmaschine einzustellende Drehzahl in Abhängigkeit von einer zwischen der Wirkkomponente und der induktiven Blindkomponente liegenden Komponente des Belastungsstromes oder der Belastungsleistung im Sinne einer Störgrößenaufschaltung geändert wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der als Störgrößenaufschaltung dienenden Strom- oder Leistungskomponente je ein besonderes Wirk- und Blindleistungsmeß werk mit entsprechend verschiedener Meßempfindlichkeit dient.
  3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der zur Störgrößernaufschaltung dienenden Strom- oder Leistungskomponente ein Blindleistungsmeßwerk dient, das mit Hilfe einer entsprechenden Phasenverschiebungseinrichtung im Strom- oder Spannungspfad unmittelbar auf die vorgesehene Leistungskomponente eingestellt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch mehrere, verschiedenen Phasen des Belastungsnetzes zugeordnete, vorzugsweise zwei in Aronsehaltung betriebene Leistungsmeßwerke.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leistungsmeßwerke auf einer gemeinsamen. Welle angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch mechanische Übertragungsglieder, mit denen in Abhängigkeit von den Meßwerkausschlägen die Verstellung der vom Drehzahlregler einzustellenden Drehzahl bewirkt wird.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Wälz.sektorregler mit Leistungsmeßwerken, welche Widerstandswerte einstellen, durch die ein Servomotor zur Verstellung der vom Drehzahlregler der Antriebsmaschine einzustellenden Drezahl gesteuert wird. B. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch Spannungskonstanthalber, welche die den Spannungspfaden der Leistungsregler zugeführten Spannungen konstant halten.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3117587A1 (de) * 1980-05-05 1982-03-18 Fiat Auto S.p.A., 10100 Torino Autonomer elektrischer generator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3117587A1 (de) * 1980-05-05 1982-03-18 Fiat Auto S.p.A., 10100 Torino Autonomer elektrischer generator

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